重编程微生物底盘用于PHA材料的定制化低成本生物合成

合成生物学为新材料合成提供了无限可能,将为材料学带来变革性影响。环境友好型材料聚羟基脂肪酸酯(PHA)作为合成生物学与材料学深度融合的产物,是微生物胞内合成一类线性高分子聚酯,被认为可部分替代传统化学塑料。PHA含有至少150种单体,其组成、结构及性能的多样性带来了广泛的应用前景,形成了PHA家族或组学。PHA在学术界和产业界已深入研究了30多年,其中个别PHA材料已实现了商业化生产。利用合成生物学和代谢工程重新编程高性能微生物底盘细胞,并控制不同前体底物比例,可实现具有不同结构和性能的PHA材料的定制化合成。下一代工业生物技术是基于嗜盐微生物的节能节水的连续无灭菌开放式工业发酵工艺,能大幅度降低生产成本,更推动了PHA材料的低成本规模化生产。本文就PHA家族的组成以及工程化微生物底盘利用下一代工业生物技术高效低成本地合成多样化的PHA材料方面的进展做一简要综述,将重点介绍PHA家族的单体组成、材料性能和包含塑料、医用、能源、智能材料等领域的PHA应用价值链,以及重编程的假单胞菌和嗜盐单胞菌在PHA定制化低成本合成中的一些工程化技术和成果、产业化应用情况,并针对如何进一步降低生产成本及提高材料性能进行探讨。本文对基于合成生物学的生物材料定制化合成研究有重要参考价值。

不同补料方式对好氧颗粒污泥合成PHA的影响

为提高好氧颗粒污泥(AGS)合成聚羟基脂肪酸酯(PHA)的产量,探究了4种不同补料方式(未补料、好氧0h补料、好氧0.5h补料和好氧1h补料)对AGS合成PHA的影响,同时考察了此过程中AGS的碳氮磷去除效能以及微生物群落结构变化.结果表明,补料能够提高AGS合成PHA的含量,在好氧1h补料时AGS合成PHA的含量最高,为125.06mg/g;同时补料时间会影响AGS的脱氮除磷性能,当补料时间由好氧0h延迟至好氧1h时,AGS的总氮去除率由(87.49±5.49)%降至(67.60±16.24)%,溶解性正磷酸盐(SOP)去除率由(94.08±1.42)%降至(62.91±15.33)%.且不同补料时间条件下,AGS的微生物群落结构变化较大,合成PHA的优势菌群差异较大,在未补料和好氧0h补料条件下,优势菌为既能合成PHA同时能够脱氮或除磷的不动杆菌属(Acinetobacter);在好氧1h补料条件下中,优势菌为能合成PHA的噬氢菌属(Hydrogenophaga)和黄杆菌属(Flavobacterium).

PHA生产工艺技术研究进展

随着生物基可降解材料领域逐步拓展,逐渐涌现出一批新兴的材料,聚羟基脂肪酸酯(PHA)便是其中之一,它具有完全可降解的特性,同时结合生物发酵催化合成技术已经实现了大规模工业化生产。然而PHA的生产成本一直是困扰研究和行业发展的重要难题,寻找和开发可替代单一碳源的高成本工艺及原料已经箭在弦上。阐述了混合微生物培养(MMC)技术、活性污泥发酵工艺以及非粮原料在PHA合成上的应用,希望能够给生物基可降解材料的深入研究提供新思路,同时也是对近20年来在该领域的技术发展动向进行总结,以期对PHA的工业化提供理论指导。

基于PHA-LEC法的铜电解液脱砷精炼循环工艺研究

针对铜电解液脱砷精炼循环工艺,探讨了其生产效率、能耗、环境污染等方面的问题,提出了基于预先危险分析-作业条件危险性评价法的铜电解液脱砷精炼循环工艺评价模型,进一步保证该工艺的安全性。结果表明:冷却工段中“有毒物质”的危险等级为高度危险,对比分析中,该方法统计分析得到的危险个数为8,与操作风险分析法、故障模式和效应分析法以及事件树分析法分别多出1个、3个、2个,该方法展现出了更好的性能,防控措施有效性为97%。该研究结果可为推动铜冶炼产业的可持续发展提供理论支持。

基于PHA理论的数据整合分析技术在油气输送管道环焊缝质量风险排查中的应用

为精准定位油气输送管道环焊缝质量隐患,有效地开展现场开挖复检和修复工作,管道建设期数据资料恢复和分析是排查前期最重要的工作内容。该文针对广东省管网公司管道环焊缝风险排查的工作实践,对管道不同时期的多源数据对齐、一致性复核、底片复评等工作过程进行分析和研究,总结在排查前期可结合预先危险性分析的管理理念通过数据整合分析技术提升油气管道排查的有效性,为后续的现场工作提供实施保障,进而提升排查工作效率和经济效益。

PHA涂料可以解决可回收性要求

原材料供应商盛禧奥(Trinseo)和生物塑料生产商RWDC Industries LLC之间的新合作伙伴关系将解决屏障涂层纸和纸板包装可回收性的挑战,两家公司宣布。在优化用于纸张和纸板阻隔涂层的PHA分散体的持续努力的基础上,双方计划进一步开发和商业化针对特定目标市场的聚羟基烷酸酯(PHA)分散体技术。该技术将基于RWDC专有的Solon PHA,旨在创造水基屏障涂层,该涂层可在传统造纸工艺中回收,可通过堆肥有机回收,并可在土壤和海洋环境中生物降解。

以PHA为核心的过程安全管理及PHA成果应用实践

针对很多企业对工艺危害分析(PHA)成果都没有进行有效利用的问题,探索PHA作为过程安全管理核心要素与其他要素的紧密联系,通过川东北天然气项目将PHA和过程安全管理其他要素有机结合的应用实践案例,提出对PHA成果全面有效利用的系统化方法,促进过程安全管理工作改进与提升。

热水解污泥酸化液碳氮磷对PHA合成的影响

基于热水解污泥酸化液定向驯化得到了稳定的PHA合成混合菌体系,分析了菌群特征与结构,研究了限制氮、磷、非挥发性脂肪酸(non-VFAs)物质和补料方式对PHA合成率以及相关组分对菌群活性的影响.结果表明,利用热水解污泥酸化液合成PHA的特有混合菌体系中优势菌属短枝单胞菌属(Brachymonas)占45%.限制酸化液中NH_(4)^(+)-N浓度PHA合成率从22wt%提高至25wt%,限制non-VFAs不仅PHA合成率可提升27%同时合成速率也提升了25%.酸化液中的NH_(4)^(+)-N、PC_(4)^(3-)-P和non-VFAs未对PHA合成菌群活性造成显著影响,但是高浓度挥发性脂肪酸(VFAs)会对菌群活性造成抑制.为降低高浓度VFAs的抑制采取分批补料策略可提高PHA合成率,分批补料(5次)PHA最大合成率较一次补料的28wt%提升至34wt%.因此,通过提高酸化液中VFAs占比及优化补料方式均可提升PHA合成率,热水解污泥酸化液生物合成PHA在未来工业化生产时具有很大发展前景.

慢性病共病、相位角与老年人肌少症相关的肌肉质量减少的关系研究

目的·探讨慢性非传染性疾病(慢性病)共病、相位角与老年人肌少症相关的肌肉质量减少的相关性,以及慢性病共病、相位角对老年人肌肉质量减少的预测价值。方法·对2018年8月1日—2019年7月31日入住上海交通大学医学院附属仁济医院老年科,年龄≥60岁的患者进行回顾性筛查。收集患者基本情况(性别、年龄、用药数、共病数、有无骨质疏松症、有无吸烟史等),以及实验室检查指标(血红蛋白、白蛋白、血肌酐、血尿酸、铁蛋白、维生素D、三酰甘油、总胆固醇、高密度脂蛋白、低密度脂蛋白等)结果。计算年龄调整后查尔森合并症指数(age-adjusted Charlson comorbidity index,aCCI)。采用InBody S10生物电阻抗身体成分检测仪进行人体成分测试,记录身体质量指数(body mass index,BMI)、骨骼肌质量指数(skeletal muscle mass index,SMI)、相位角(phase angle,PhA)。部分患者接受握力测量。肌肉质量减少采用2019年亚洲肌肉减少症工作组(Asian Working Group for Sarcopenia,AWGS)推荐的SMI值(男性≤7.0 kg/m^(2)、女性≤5.7 kg/m^(2))进行诊断。根据测定的SMI值将患者分为肌肉质量正常组与肌肉质量减少组。采用单因素和多因素Logistic分析老年患者发生肌少症相关的肌肉质量减少的危险因素。并进一步运用受试者操作特征曲线(receiver operator characteristic curve,ROC曲线)及曲线下面积评估相关因素预测肌肉质量减少的价值。结果·共入组慢性病共病患者359例,其中男性226例,女性133例;肌肉质量正常组241例,肌肉质量减少组118例,老年人肌少症相关的肌肉质量减少发生率为32.9%。单因素Logistic回归分析提示年龄(OR=1.036,95%CI 1.013~1.060)、共病数(OR=1.117,95%CI1.025~1.217)、aCCI(OR=1.123,95%CI 1.031~1.222)、高密度脂蛋白(OR=3.688,95%CI 2.065~6.622)与老年人肌肉质量减少的风险呈正相关,BMI(OR=0.514,95%CI 0.443~0.597)、PhA(OR=0.195,95%CI 0.126~0.303)、血红蛋白(OR=0.984,95%CI 0.972~0.996)、三酰甘油(OR=0.606,95%CI 0.424~0.866)与老年人肌肉质量减少的风险呈负相关。多因素Logistic回归模型提示PhA(OR=0.338,95%CI 0.119~0.959)、BMI(OR=0.634,95%CI 0.476~0.844)与老年人肌肉质量减少的风险呈负相关。BMI、PhA预测老年人肌少症相关的肌肉质量减少的ROC曲线下面积分别为0.893(95%CI 0.855~0.931)和0.786(95%CI 0.736~0.837),敏感度分别为0.724和0.676,特异度分别为0.916和0.762;BMI联合PhA预测老年人肌肉质量减少的ROC曲线下面积为0.917(95%CI 0.883~0.951),敏感度为0.867,特异度为0.860。结论·aCCI与老年人肌少症相关的肌肉质量减少具有相关性。随着BMI、PhA的下降,老年人肌肉质量减少的风险升高。BMI联合PhA具有较高的老年人肌少症相关的肌肉质量减少的预测价值。未发现慢性病共病对其的预测价值。

资本布局合成生物学领域--PHA大规模产业化按下加速键

2月2日,北京微构工场生物技术有限公司(以下简称“微构工场”)宣布,完成3.59亿元A+轮融资。本轮融资后,微构工场将进一步提升合成生物创新中心研发能力,推进万吨级PHA(polyhydroxyalkanoates,聚羟基脂肪酸酯)产线建设,加快“PHA Life”绿色低碳生活制品开发和全球化业务布局。

T-SPOT联合颗粒酶B阳性Ts淋巴细胞对成人结核病诊断的价值

目的探讨结核感染T细胞斑点试验(T-SPOT.TB)联合颗粒酶B(GrB)+CD8^(+)T淋巴细胞在诊断结核病中的价值。方法选取南昌大学第一附属医院2021年2月至2022年3月疑似结核病患者212例,所有患者均保留T-SPOT结果,流式细胞仪检测外周血中T淋巴细胞亚群及其穿孔素和GrB的表达,根据出院最终诊断分为结核病组和非结核病组,比较两组间T-SPOT斑点数和淋巴细胞亚群及其穿孔素和GrB表达差异,ROC曲线分析ESAT-6斑点数,CFP-10斑点数,结核特异性抗原(TBAg)与植物血凝素(PHA)斑点数的比值(TBAg/PHA)(ESAT-6/PHA和CFP-10/PHA中较大的一个),GrB^(+)Ts(CD8^(+)T)及“结核比值”[TBAg/(PHA*GrB^(+)Ts)]的诊断效能。结果GrB^(+)Ts细胞百分比在结核组中显著高于非结核组(44.95±2.98 vs 33.49±1.87,P<0.05),而总T细胞、穿孔素+T细胞,GrB^(+)T细胞,Ts细胞和穿孔素+Ts细胞百分比差异无统计学意义(P>0.05);非结核组T-SPOT.TB阳性率为51.85%,明显低于结核组的92%,且结核组的A抗原斑点数及B抗原斑点数显著大于非结核组(P<0.05),ROC曲线显示A抗原诊断结核病的灵敏度和特异性分别为80.0%和56.8%,曲线下面积(AUC)为0.748,约登指数为0.368;B抗原的灵敏度和特异性为分别62.0%和77.8%,AUC为0.758,约登指数为0.398;A抗原+B抗原灵敏度和特异性为72.0%和74.1%,AUC为0.796,约登指数为0.461;结核组的TBAg/PHA比率要显著高于非结核组(1.21±0.17 vs 0.26±0.02,P<0.001)以0.59为cut-off值时,诊断结核病的灵敏度和特异性分别为66%和91.4%,AUC高达0.852,约登指数为0.574;结核组的“结核比值”要显著高于非结核组(4.58±0.87 vs 1.71±0.24,P<0.01),以1.24为cut-off值时,诊断结核病的灵敏度和特异性分别为82.0%和72.2%,AUC为0.794,约登指数为0.542。结论应用TBAg/PHA比率和TBAg/(PHA*GrB^(+)Ts)比值诊断结核病的效能要优于常规的T-SPOT检测,两者结合使用对结核病诊断可能具有重要价值。

不同碳源种类对好氧颗粒污泥合成PHA的影响

影响好氧颗粒污泥稳定性的因素众多,其中碳源种类的不同会造成好氧颗粒污泥合成聚羟基烷酸酯（PHA）的不同,进而影响其稳定性能.采用混合碳源驯化培养的好氧颗粒污泥进行试验.考察了厌氧条件下,乙酸钠等八种碳源对好氧颗粒污泥合成PHA的影响.结果表明,颗粒污泥对乙酸钠和蔗糖具有较好的转化能力,合成PHA的量分别为102.19mg COD/g·VSS和70.58mg COD/g·VSS,显著高于其他碳源的PHA合成量（5～26mg/g·VSS）.故以蔗糖和乙酸钠作碳源均有利于颗粒污泥稳定性能的维持,而当以甲醇作碳源时好氧颗粒污泥的贮存能力最差。

PHA诱导日本血吸虫成虫培养细胞增殖的研究

研究PHA对日本血吸虫成虫培养细胞的促增殖作用。方法用浓度为333．3ug／ml的PHA处理日本血吸虫成虫培养细胞24h，在光镜和电镜下观察培养细胞的增殖情况。结果在光镜下发现在老化的培养细胞中间出现一些类似于淋巴母细胞样的新细胞；在光镜和扫描电镜下观察到有呈哑铃状的成对细胞；在透射电镜下观察到有细胞核膜消失，染色质变成粗颗粒状．中心粒一分为二，两中心粒之间还有纺锤丝牵引；还观察到处于分裂早期的细胞，核中染色质浓缩成四块状，核膜有部分消失、结论PHA对日本血吸虫成虫培养细胞有一定的促增殖作用。

ConA或PHA对鮎(Silurus asotus)皮肤和鳃粘液细胞密度的影响

用阿利新蓝-过碘酸雪夫氏试剂染色法(AB-PAS),对鲇(Silurus asotus)皮肤和鳃粘液细胞进行分类,研究ConA或PHA浸泡和注射刺激对鲇皮肤和鳃粘液细胞密度变化的影响.结果表明:(1)除鳃丝软骨Ⅴ型粘液细胞密度经浸泡刺激无显著增加外,无论采取ConA或PHA浸泡刺激还是注射刺激,皮肤中的Ⅰ型,Ⅳ型粘液细胞和鳃中的Ⅱ型和Ⅲ型粘液细胞密度都有显著增加.(2)经ConA注射或浸泡刺激后,皮肤中粘液细胞密度分别增加了64.2%和145%,鳃丝中粘液细胞密度分别提高了173%和220%;经PHA注射或浸泡刺激后,皮肤粘液细胞密度分别增加了67.8%和142%,鳃丝粘液细胞密度分别增加了108%和196%;经ConA或者PHA注射刺激,鳃丝软骨的粘液细胞密度都有显著增加,分别增加了68.8%和13.2%,浸泡刺激对粘液细胞密度都没有显著影响(3)ConA刺激较PHA刺激效果明显,浸泡刺激较注射刺激效果明显.

土著PHA合成菌回注法提高活性污泥积累聚羟基脂肪酸酯能力

在活性污泥驯化之初加入少量土著聚羟基脂肪酸酯（PHA）合成菌（0.10-0.25g/L），通过10 d厌氧-好氧或好氧-沉淀方式进行污泥驯化后, 以葡萄糖或乙酸钠为碳源进行PHA发酵. 研究了驯化前后土著PHA合成菌回注组和对照组驯化过程中的总菌数，PHA合成菌数的变化，以及对PHA发酵产率的影响.结果表明：在回注组污泥中PHA合成菌的增长速率和增长量均高于对照组，各种污泥积累PHA占挥发性悬浮固体的比例提高了21.44%-43.18％.

食品工厂活性污泥积累生物降解塑料PHA的研究

对 4家食品和生活污水处理厂活性污泥积累和发酵生产PHA的能力进行了研究。结果表明 ,不同来源活性污泥自然积累PHA的能力有较大差异 ,以广州广美食品厂能力最强 ;不同工厂活性污泥经过驯化、发酵后 ,均可有效富集PHA积累菌 ,PHA产量大幅度提高 ,产物经核磁共振 (1 H NMR)和熔点分析 ,为羟基丁酸与羟基戊酸的共聚物 (PHBV)。

PHA复方制剂对鸡免疫功能及相关细胞因子的调节作用

试验旨在探讨由植物血凝素(PHA)、黄芪多糖为主药组成的植物血凝素复方制剂对新城疫疫苗免疫鸡的免疫功能和Th1/Th2型细胞因子的调节作用。研究测定了不同处理组中鸡脾脏淋巴细胞培养液IFN-γ、IL-10的浓度,并将复方制剂按体重0.05、0.2、0.3 g.kg-1三个剂量灌服鸡,对不同日龄Lasota疫苗免疫鸡免疫脏器指数及血清中IFN-γ、IL-10的浓度进行测定。结果表明,在体外,PHA在调节Th1型IFN-γ细胞因子时发挥主要作用,黄芪多糖在调节Th2型IL-10时发挥主要作用;在体内,复方制剂中剂量组可以显著性提高胸腺、脾脏、法氏囊的脏器指数,并在免疫鸡外周血中有短时促进Th2型IL-10的产生,降低Th1型细胞因子IFN-γ的产生。结果显示,植物血凝素复方制剂对新城疫免疫鸡有免疫增强作用,作用机理与调节Th1/Th2细胞因子有关。

球衣菌合成聚羟基烷酸(PHA)的发酵研究

研究了球衣菌 (Sphaerotilussp.)W991 3 6合成聚羟基烷酸 (PHA)的培养基配方及发酵条件。结果表明 ,W991 3 6适宜发酵培养基配方为 :葡萄糖 1 0 2 5g/L ,蛋白胨 2 6 3g/L ,MgSO4·7H2 O 0 1 7g/L ,CaCl2 0 0 5g/L ,NaH2 PO4·2H2 O 0 0 2g/L ,K2 HPO40 0 4g/L ,KH2 PO40 0 3g/L ;最佳接种量为 0 1 3 8g (干 ) / 1 0 0mL ,培养基适宜初始pH为 7 0～ 7 5 ,发酵 3 6h可获得较大的细胞干重与PHA产量 ,经1 H NMR与GC分析 ,其PHA为羟基丁酸与羟基戊酸共聚体P (HB co HV) ,其中羟基戊酸 (HV)含量达 3 9 3 %。

木质素生物合成可降解包装材料聚羟基脂肪酸酯的研究进展

目的通过对木质素生物合成聚羟基脂肪酸酯(PHAs)的研究,实现PHAs的低成本、规模化生产和木质素的高值化利用。方法归纳分析现阶段国内外木质素降解菌及生物合成PHAs的主要菌种和目前存在的问题,介绍生物合成PHAs的木质素底物种类、合成过程中工艺优化策略的相关研究进展,同时总结PHAs在包装领域的相关应用。结果木质素生物合成PHAs过程中,通过筛选木质素降解菌、培养PHAs合成菌、优化PHAs的合成工艺及影响因素,可有效提高木质素底物的转化率和PHAs的产量,从而降低生产成本。结论木质素转化为PHAs的过程虽然面临着一些挑战,但随着技术的不断创新和生产工艺的优化,木质素为底物合成的绿色生物塑料PHAs在包装领域会有广阔的应用前景和发展空间,必将推动包装材料向绿色化、安全化方面发展。

中长链聚羟基脂肪酸酯(mcl PHA)在嗜水气单胞菌I型PHA合酶缺失突变株中的合成(英文)

拥有Ⅰ型聚羟基脂肪酸酯(PHA)合酶基因的嗜水气单胞菌CGMCC0911株可利用月桂酸而不能利用葡萄糖作为碳源积累PHBHHx。将氯霉素抗性基因(Cm)插入到该基因中,获得带有I型PHA合酶断裂基因(phaC::Cm)的自杀质粒pFH10。自杀质粒pFH10通过接合作用转入嗜水气单胞菌CGMCC0911株中并发生体内同源重组,Cm被整合到基因组上,获得Ⅰ型PHA合酶缺失突变株。DNA序列测定证明了这一结果。GC分析表明,突变株不再产生PHBHHx,但却可利用月桂酸或葡萄糖积累中长链PHA,明显表明野生型嗜水气单胞菌基因组中存在另一个编码Ⅱ型PHA合酶的基因,且只有Ⅰ型PHA合酶被钝化后,这个功能被隐藏的Ⅱ型PHA合酶才可在细胞中发挥作用。